CC BY
56УДК 666.973.6
Г.В. КУЗНЕЦОВА, инженер ([email protected]), Н.Н. МОРОЗОВА, канд. техн. наук, Л.И. ПОТАПОВА, канд. хим. наук, В.В. КЛОКОВ, студент
Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
Комплексная добавка для автоклавного газобетона
В технологии автоклавного газобетона важными характеристиками являются подвижность смеси, кинетика гидратации известково-цементного вяжущего, процесс вспучивания, время созревания массива и автоклавная прочность. Приводятся результаты исследования влияния комплексных добавок на основе гидросиликатов из отходов производства силикатного кирпича, суперпластификатора, сульфатов природного происхождения (гипсовый камень) и содосульфатной смеси (СССм), как самостоятельно каждого компонента, так и в комплексе, на известь, цемент, ячеисто-бетонную смесь и автоклавный бетон. Наибольшим коэффициентом замедления гидратации извести обладает добавка С-3, а среди сульфатов - гипсовый камень. Гидросиликаты самостоятельно не изменяют сроки схватывания цемента. Комплексы в количестве 5% гидросиликатов с пластификатором и гидросиликатов, сульфатов и пластификатора замедляют конец схватывания, а в количестве 10% уменьшают и время начала схватывания. Результативность комплекса на сульфатах природного происхождения и содосульфатной смеси в количестве 5% установлена по температуре, подвижности ячеисто-бетонной смеси и автоклавной прочности газобетона D600. Получен прирост прочности до 23%.
Ключевые слова: газобетон, силикатный кирпич, добавка, гидросиликат, пластификатор, сульфаты.
Для цитирования: Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Потапова Л.И., Клоков В.В. Комплексная добавка для автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 36-39.
G.N. KUZNETSOVA, Engineer([email protected]); N.N. MOROZOVA, Candidate of Sciences (Engineering), L.I. POTAPOVA, Candidate of Sciences (Chemistry), V.V. KLOKOV, Student
Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaa Street, Kazan, 420043, Russian Federation)
A Complex Additive for Autoclaved Concrete
In the technology of the autoclaved gas concrete, important characteristics are mix fluidity, hydration kinetics of lime-cement binder, swelling process, curing time of mass concrete, and autoclaved strength. Results of the study of the effect of complex additives on the basis of hydro-silicates from waste of silicate brick production, superplasticizers, sulfates of natural origin (gypsum stone) , and soda-sulfate mixture both for each component independently and in complex on the lime, cement, cellular-concrete mix, and autoclaved concrete are presented. An additive S-3 and gypsum stone among sulfates possess the greatest retardation coefficient of lime hydration. Hydro-silicates don't change the time of cement setting separately. Complexes containing 5% of hydro-silicates with plasticizer and hydro-silicates, sulfates and plasticizer retard the end of setting, and in an amount of 10% retard also the time of setting beginning. The efficiency of the complex with sulfates of natural origin and soda-sulfate mixture in an amount of 5% is established according to the temperature, fluidity of the cellular-concrete mixture and autoclaved strength of the gas concrete D600. The increase in strength by up to 23% has been obtained.
Keywords: gas concrete, silicate brick, additives, hydrosilicate, plasticizer, sulfates.
For citation: Kuznetsova G.N., Morozova N.N., Potapova L.I., Klokov V.V. A Complex Additive for Autoclaved Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 5, pp. 36-39. (In Russian).
В технологиях современных бетонов применение комплексных добавок на основе суперпластификаторов позволяет получать изделия с требуемыми свойствами. Применение суперпластификаторов в мелкозернистых бетонах из смесей с высокой подвижностью особенно эффективно, так как позволяет получить высокую прочность и низкую проницаемость материалов [1]. Одним из путей увеличения эффективности ячеистых бетонов является применение минеральных наполнителей в сочетании с суперпластификаторами и гидросиликатами из отходов производства. Поэтому целью работы стало исследование влияния комплексных добавок на основе суперпластификаторов, минеральных наполнителей и гидросиликатов из отходов производства на гидратацию компонентов смеси и прочность ячеистого бетона автоклавного твердения.
При производстве силикатных стеновых материалов образуется достаточно большое количество отходов в виде боя силикатного кирпича, подрезного слоя и обратного шлама в технологии автоклавного газобетона. Каждое производство решает ликвидацию отходов по-своему. Один из вариантов — использование их в виде добавок.
Составы отходов кирпича и газобетона при кажущейся одинаковой природе несколько отличаются [2], поэтому для установления их различий были сняты ИК-спектры (рис. 1, 2).
Из рис. 1 видно, что основу составляет неравномерно окристаллизованная смесь гидросиликатов кальция, близкая по составу к гилебрандиту в сочетании с гидролитом, окенитом и ксонотлитом.
Анализ ИК-спектра (рис. 2) показывает, что основные полосы относятся к валентным связям кремния с кислородом и водорода с кислородом. Существенным отличием ИК-спектров является появление полос в области 712 см-1 и полосы 858 см-1, полосы в области 1420 и 1453 см-1 и смещение полосы 1627 см-1. Перестройка в области 900—1200 см-1, 778 и 800 см-1 относится к колебаниям связей А1—ОН и Si—O—Al соответственно. Увеличение интенсивности этих колебаний, а также полосы 858 см-1 и полосы 1465 см-1 служат основанием для подтверждения изменения характера связей в группах с А1 и Si.
Задача повышения прочности ячеистого материала актуальна всегда. Введение для этой цели гидросиликатов из отходов производства силикатного кирпича более эффективно по сравнению с отходами газобетона [2], так как последние повышают водопотребность смеси [3].
Производство ячеистого бетона автоклавного твердения связано с использованием широкого спектра сырьевых компонентов и составов, существенно отличающихся друг от друга по свойствам. В РФ производство газобетона основывается на использовании цементно-
4000
Рис. 1. ИК-
3500 3000 спектр отходов кирпича
2500 2000 см-1
1500
1000 650
4000 3500 3000 Рис. 2. ИК-спектр отходов газобетона
2500 2000 см-1
1500
1000 650
А
А
80
0
о
« 70
S
| 60 го
1 50
| 40
Ф
I 30
20
0
4 5 6 Время гашения, мин
10
Рис. 3. Влияние добавки СССм на параметры гашения извести: 1 - известь А=71%; 2 - количество добавки СССм 2%; 3 - количество добавки ССС 4%; 4 - количество добавки СССм 8%
60
50
40
30
20
1 2 3
"- 4
Т 1 1 1 1
10 15
Время гашения, мин
20
25
Рис. 4. Влияние гипсового камня на параметры гашения извести: 1 - известь; 2 - известь + 1% ГК; 3 - известь + 2% ГК; 4 - известь + 3% ГК
2
3
7
8
9
0
5
60
0 55
О
| 50
1 45
ГО
|| 40 Ï?
а 35
ф
§ 30 ф
- 25 20
Рис. 5.
извести:
8 10 12 14 16 Время гашения, мин
20 22 24
Влияние суперпластификатора С-3 на параметры гашения 1 - известь; 2 - известь + 0,5% С-3; 3 - известь + 1,5% С-3
3 4
Количество добавки, %
Рис. 6. Коэффициент замедления гидратации извести с добавками: 1 - ГК; 2 - СССм; 3 - С-3
известкового вяжущего [4]. В технологии газобетона на смешанном вяжущем считается, что цемент необходим в качестве структуроформирующего компонента в до-автоклавный период твердения [5].
Опыт применения добавок в бетон показывает, что во многих случаях наиболее эффективными являются комплексные добавки. Основное преимущество многокомпонентных добавок в полифункциональности. Применение пластифицирующих добавок позволяет не только значительно повысить подвижность бетонных и растворных смесей, но и замедлить твердение цемента или вызвать недопустимое снижение прочности бетона. Наиболее популярный в России суперпластификатор С-3 является натриевой солью нафталиновой суль-фокислоты [6].
Авторами [7] было установлено, что введение 5% С-3 от массы извести в газосиликатную смесь приводит к замедлению гидратации в два раза, а 10% — в 11,5 раз. Известно, что ускорителями твердения являются нитрат натрия и полупродукт его производства, имеющий в своем составе необходимые химические соединения, например содосульфатная смесь (СССм). Химический состав СССм: - 71%; №20 - 3,9%;
А1203 — 2,7%; №2С03 — 22,4%. Именно содержание сульфата натрия и соды указывает на возможность использования этого материала в качестве ускорителя твердения газобетона [6].
Первоначально выполнены исследования влияния СССм и гипсового камня (ГК) на гашение извести. Результаты представлены на рис. 3 и 4.
Добавка СССм снижает температуру и увеличивает время гашения извести. Подобная картина наблюдается и при введении в известь ГК.
Как видно из результатов исследования, большее снижение температуры гашения извести наблюдается при равных дозировках сульфатов при введении ГК.
В качестве водоредуцирующего компонента комплексной добавки был выбран суперпластификатор С-3, действие которого на гашение извести схоже с ГК и СССм. Результаты представлены на рис. 5.
Эффективность монодобавок по отношению к извести оценивали по коэффициенту замедления, рассчитываемого как отношение времени гашения извести с добавкой к времени гашения извести без добавки (рис. 6).
В результате наибольшим замедлением обладает добавка С-3, а среди сульфатов гипсовый камень. Добав-
jj. ®
май 2017
37
6 -5 4 3 2
Рис. 7. Влияние гидросиликатов в сочетании их с сульфатами и пластификатором на сроки схватывания портландцемента: ■ - начало схватывания; - конец схватывания
4 6
Время гашения, мин
10
Рис. 8. Влияние комплексной добавки на подвижность смеси: 1 - К-1; 2 - К-2
0
2
8
0 5 10 15
Количество добавки, %
Рис. 9. Влияние комплексной добавки на температуру смеси: 1 - Тсм К-1; 2 - Тсм К-2
Рис. 10. Влияние комплексных добавок на автоклавную прочность
ка СССм имеет меньший коэффициент замедления по сравнению ГК на 20—25%.
На формирование макроструктуры газобетона существенное влияние оказывают сроки схватывания ячеистой формовочной смеси. Поскольку структуроформи-рующим компонентом на ранних сроках твердения в газобетоне является портландцемент, гидросиликаты кальция могут служить центрами кристаллизации.
С этой точки зрения проведено исследование зависимости сроков твердения портландцемента от количества добавки, состоящей из гидросиликатов в сочетании с сульфатами и пластификатором. Измерение проводили по стандартной методике с использованием прибора Вика. Результаты представлены на рис. 7.
Как видно из результатов, гидросиликаты не изменяют сроки схватывания портландцемента. Комплекс из гидросиликатов с добавкой пластификатора (г/с+С-3) в количестве до 5% не влияет на начало схватывания, но замедляет конец, а 10% такой добавки уменьшает время схватывания. Сочетание гидросиликата с гипсовым камнем (г/с+г/к) замедляет начало и конец схватывания портландцемента, а дополнительное введение добавки суперпластификатора (г/с+г/к+С-3) ускоряет начало и замедляет конец схватывания.
Результаты позволяют предположить, что часть пластификатора адсорбируется поверхностью гипса, при этом доля реакционноспособного гипса и способной к адсорбции пластифицирующей добавки снижается. Данное предположение было подтверждено исследованиями [7] в газобетонной смеси с гипсом и пластификатором.
С целью установления возможности применения комплексной добавки для ячеисто-бетонной смеси и исследования ее влияния на температурные, вязкопла-стичные и прочностные свойства были приготовлены образцы газобетона. В качестве исследуемых рассмотрены комплекс К-1, состоящий из гидросиликатов, гипсового камня и пластификатора С-3, и комплекс К-2, в котором гипсовый камень заменен на СССм.
Ячеисто-бетонную смесь марки D600 готовили по литьевой технологии на смешанном вяжущем при отношении кремнеземистого компонента к вяжущему С=1,5. Для приготовления смеси выбран портландцемент ЗАО «Жигулевскцемент», который позволяет получать наиболее высокую температуру массива и сократить время его созревания, тогда как цементы производителей ОАО «Вольскцемент» и ОАО «Мордовцемент» в составе вяжущего позволяют получить температуру массива на 12—16оС ниже [8]. В качестве реологической характеристики замерялась текучесть смеси, которую определяли по расплыву Суттарда. Температуру смеси замеряли после заливки в форму. Добавка вводилась с песком. Результаты представлены на рис. 8 и 9.
Как видно из рис. 8, обе добавки увеличивают подвижность смеси, но наибольшее разжижение достигается при применении добавки К-1, которая больше снижает температуру смеси (рис. 9). Согласно требованиям инструкции СН 277-80 температура смеси по литьевой технологии должна быть не менее 35оС. Поэтому были залиты образцы газобетона D600 с добавками К-1 и К-2 в количестве 5%. Из приготовленной смеси заливали образцы-кубы с размером 10x10x10 см.
Смесь вспучивалась с образованием горбушки, которую после созревания срезали. Через 1 сут нормального твердения формы раскрывали и образцы подвергали автоклавной обработке при давлении 1,2 МПа. Результаты оценивали по коэффициенту конструктивного качества, которые представлены на рис. 10.
Из рис. 10 видно, что разработанная комплексная добавка эффективна в газобетонных смесях D600. Прирост прочности после автоклавной обработки составил 19—23%.
Таким образом, техническая эффективность применения гидросиликатов и содосульфатной смеси в качестве комплексной добавки очевидна. Их применение в газобетоне предопределяет и экономическую эффективность, учитывая возможность снижения цикла запаривания при получении равнопрочных бетонов.
Список литературы
References
1. Морозов Н.М., Мугинов Х.Г., Красиникова Н.М., 1. Гайфуллин Н.Э. Мелкозернистые бетоны с комплексными упрочняющими добавками. Технические науки: теория и практика. Материалы Международной научной конференции. Чита: Молодой ученый. 2012.
С. 108-1112. 2.
2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Клоков В.В., Зигангараева С.Р. Силикатный кирпич и автоклавный газобетон с использованием отходов собственного производства // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 76-80. 3.
3. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Хозин В.Г. Подрезной слой и гидрофобизатор в производстве газобетона // Строительные материалы. 2015. № 8.
С. 8-10. 4.
4. Дидевич А.В. Автоклавный газобетон: и это все о нем // Технология бетонов. 2014. № 3. С. 48-51.
5. Нелюбова В.В., Строкова В.В., Алтынник Н.И. 5. Ячеистые композиты автоклавного твердения с использованием наноструктурированного модификатора // Строительные материалы. 2014. № 5.
С. 44-47.
6. Кашапов Р.Р. Красиникова Н.М., Хозин В.Г., 6. Галеев А.Ф., Шамсин Д.Р. Комплексная добавка на основе содосульфатной смеси // Известия КГАСУ. 2015. № 2. С. 239-243.
7. Бедарев А.А. Влияние пластифицирующих добавок 7. на температурные и вязко-пластичные свойства силикатной смеси для производства газосиликата // Известия КГАСУ. 2013. № 2. С. 208.
8. Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В., Голосов А.К. 8. Влияние цементов разных производителей на свойства ячеисто-бетонной смеси автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2014. № 5.
С. 49-51.
Morozov N.M., Muginov Kh.G., Krasinikova N.M., Gayfullin N.E. Fine concretes with the complex strengthening additives. Technical science: theory and practice. Materials of the International scientific conference. Chita: Molodoy uchenyi. 2012, pp. 108-1112. (In Russian). Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Klokov V.V., Zigangaraeva S.R. Silicate Brick and Autoclaved Gas Concrete with the Use of Waste of Own Production. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 4, pp. 76-80. (In Russian).
Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Khozin V.G. Facing Layer and Hydrophobizator in Manufacture of Aerated Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 8, pp. 8-10. (In Russian). Didevich A.V. Autoclave aerocrete: and all this about it. Tekhnologiya betonov. 2014. No. 3, pp. 48-51. (In Russian).
Nelyubova V.V., Strokova V.V., Altynnik N.I. Cellular Autoclaved Composites with Application of Mamostructured Modifier. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 5, pp. 44-47. (In Russian).
Kashapov R.R., Krasinikova N.M., Khozin V.G., Galeev A.F., Shamsin D.R. Complex additive on the basis of sodosulfatny mix. Izvestiya KGASU. 2015. No. 2. pp. 239-243. (In Russian).
Bedarev A.A. Influence of plasticizing additives on temperature and viscoplastic properties of silicate mix for production of gas-silicate. Izvestiya KGASU. 2013. No. 2, pp. 208. (In Russian).
Morozova N.N., Kuznetsova G.V., Golosov A.K. Influence of Cements from Different Producers on Properties of Cellular-Concrete Mix of Autoclaved Gas Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 5, pp. 49-51. (In Russian).
ливиеивш ПРЕМИИ ИМЕНИ ШВАВ ГИИШМИИИИИ
Одним из первых лауреатов Премии им. И.А. Гриш-манова, учрежденной Российской инженерной академией в 2016 г., в номинации «За многолетний труд и заслуги в области промышленности строительных материалов и строительной индустрии» стал Георгий Романович БУТКЕВИЧ, канд. техн. наук, почетный член Академии горных наук, Почетный строитель России, научный руководитель ассоциации «Недра», ученый секретарь ФГУП «ВНИПИИстромсырье», член редакционного совета научно-технического и производственного журнала «Строительные материалы»®.
Действительно, заслуги Георгия Романовича в отрасли трудно переоценить - в 2017 г. исполняется 60 лет с момента начала трудовой деятельности после окончания Московского горного института. О вкладе в отечественную науку свидетельствуют более 230 публикаций, 20 изобретений и патентов, более 50 статей в газетах.
Редакция и редакционный совет журнала «Строительные материалы»® поздравляют Георгия Романовича Буткевича с почетной наградой и желают творческих успехов, крепкого здоровья и благополучия!
научно-технический и производственный журнал
май 2017 39
